AKKJ-S系列水处理控制系统说明
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- 发布时间：2015/12/8 15:05:00
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AKKJ-S系列水处理控制系统说明
水处理程序控制包括电厂锅炉补给水程控装置、凝结水精处理程控装置、循环水及废水处理控制系统、自动加药控制装置等。能广泛应用于电厂、石化、自来水厂、污水处理厂等行业的水处理工程。
水程控系统由PLC系统、上位机监控系统、控制台、控制柜、电源柜等硬件及系统软件组成。系统根据工程实际可设置本地站或若干远程I/O分站。
控制系统采用PLC和上位机的两级控制结构方式，利用PLC对整个系统中的设备进行数据采集和控制，并通过上位计算机的人机接口对系统设备发出控制命令，同时系统中各设备的运行状态信息在上位机CRT上直观，动态地显示出来。上位机和PLC之间通过数据通讯接口进行通讯。PLC通过各I/O站对现场设备进行控制。
1．控制室设置操作台，用以放置CRT；还设有一个电源分配盘，用以向各电磁阀箱、就地仪表盘、液位计、流量、压力变送器以及CRT、PLC提供电源，其中CRT、PLC的电源通过一台在线式UPS供给。就地设电磁阀箱及电动门控制箱，在电磁阀箱或电动门控制箱上对每个阀门设置远控/就地转换开关和操作开关及按扭。（电磁阀是用来控制气动阀门开关的，对于气开式或气闭式衬胶隔膜阀用两位三通型电磁阀来控制；对于气动球阀和蝶阀用两位五通型电磁阀来控制；各床进出口门因为要长期工作，所以通常用双电控电磁阀来控制，其余阀门因为只有系统再生时才动作，时间较短，故通常用单电控电磁阀来控制。具体布置及各设备之间的型号流程如图上所示.其控制原理为：操作员通过CRT通过控制层网向PLC的CPU发出控制命令， PLC通过输出模块对设备进行开关、启停控制；同时各设备的输出状态及模拟量参数信息通过就地设备反送给PLC的输入模块，再由PLC通过控制层网上传至CRT，在CRT上可监视各阀门、电机及工艺设备的运行状态。且能实时进行语音报警并生成报警记录，从而使操作员在控制室内就可清楚地知道现场工艺系统运行状态及报警状态，通过上位站监控现场每一设备，不必再去观场直接对设备进行、对硬手操，减少了操作员的工作量，实现了方便可靠的控制室集中监控。
2.上位机监控系统（CRT操作员站）
2.1上位机监控系统硬件包括两台工控机主机、两台21” PHILIPS 直角平面彩色显示器、标准键盘、鼠标器、打印机、音箱。
CRT操作员站是锅炉补给水处理系统的监视控制中心。系统配备二台同功能的CRT操作员站。当一台故障时，可用另一台自动接替工作。
运行监视应具有数据采集、CRT画面显示、参数处理、超限报警、制表打印等功能。
CRT画面能显示工艺流程及测量参数，控制方式、顺序运行状态、控制对象状态，也应能显示成组参数。当参数越限报警、控制对象故障或状态变化时，应以不同颜色进行显示，并应有音响提示，键盘的操作应有触感，有声音反馈，反馈的音量大小可以调整。我方应按照工艺流程图设计CRT画面，应设有足够的幅数以保证工艺系统和控制对象的完整性及整个系统的运行和控制状况。所有被监控的信号应能打印记录。
当系统设备出现故障时，上位机的多媒体还可发出语音报警。
所供CRT站采用工业PC机，至少有32种颜色， 屏幕尺寸可根据用户要求选择，分辨率至少为1280×1024。
2.2上位监控软件可采用美国WonderWare 公司的Intouch 7.1（中文版）或美国INTELUTION公司的iFIX7.1开放式监控软件包，监控软件在基于简体中文版WINDOWS 95以上 或NT4.0 版以上版本运行。该软件包可对可编程控制器中的大量数据进行实时显示和打印，并直接参与可编程控制器的控制；本程控系统的所有控制操作、工况显示、报警信后、、操作记录、报表打印均通过该软件包在上位机上实现，对可编程控制器的扫描速度没有任何影响。该软件包具有良好的人机界面，强大的组态功能，易学易用，便于掌握。
基本功能：
●强大的图形画面显示功能。支持1600x1280分辨率，颜色大于 256色，用户可定义的动态工艺流程图＞1OO，能够使画面目标移动、整形、旋转、组合、分割、编放等等，能够利用和编辑内部的动态符号库，并且可以模拟传统仪表进行画面设计，各画面之间可任意交换有关图形。
●变量标志。用户可以对所有数据元素设置标签名，并且所有的名称在系统的应用程序中可以引用。
●动态图形。能模拟现场工艺流程，使画面处于动态显示状态，并可设置所有参数。软功能键。对功能键可设置有意义的目标，并用可对功能键编写命令语句。
●报警。报警提供时间、报警描述、报警类型、报警时现场数据及相关的工艺操作画面的高级和易于理解的信息，并能 形成报警历史库，供用户查证。
●通过清晰的交互式的画面展示实时、历史的数据，以指出操作过程的趋势及有关的问题，趋势曲线＞100条。
●此外还提供多窗口显示、数据记录和报表生成、文件批处理、用户帮助等。
★人机界面基本参数：
●对手动控制操作，从发出命令到流程图上显示时间＜1．5s
●流程图中状态更新时间<10ms
●画面切换刷新时间＜1s
★组态功能：
允许以应用软件和系统软件进行在线查询式的菜单驱动组成。并允许为系统的过程监视、数据更新、报警处理、M通讯等进行组态，显示类型包括：
●报警汇总：
显示所有存在的报警和所有返回到正常情况下但没有经过报警确认的报警情况。
?列出报警表
?报警时间
?没有确认的报警闪烁
?在报警总汇中，使用单击式进行报警确认
?工艺和工艺控制图形显示：
?工艺流程
?工艺结构
?主要设备单元
?主要控制装置
?其它需显示的图
?控制器、指示器、手动操作站
?水处理流程图
?各种设备操作视窗
? PLC模块工作状态及各I/O点状态
?流程选择画面一
★其它功能：
●支持高分辨率彩色图形显示系统，显示颜色为真彩色，具有先进的作图工具和完善的图形编辑能力
●支持功能键、鼠标器、打印机、绘图机等外部设备
●能进行实时数据和历史数据分析，可以定期存储过程数据
●具有故障报警及打印功能
●能够自动生成报表
●具有历史数据恢复及趋势图显示功能
●用户帮助指导功能
2.3监控画面均为汉化画面，其主要监控画面有：
总流程图;
分窗口流程图;
报警画面;
趋势图;
帮助指导画面;
控制画面;
工程师参数修改画面;
故障诊断画面;
各工艺参数变量动态显示画面;
自由格式报告;
历史数据采集及显示、趋势等各种监视画面;
画面刷新时间小于1秒。
2.4 安全功能
为避免两台上位机同时给PLC系统发操作指令，系统有设置优先级功能，正常情况下，一台用于监控，一台用于管理，当监控机出现故障后，系统会自动识别并发出语言报警，与此同时，另一台机即被授权为监控机。系统对一些重要参数和画面，还设有区别操作员和维护员的进入口令。
◆历史数据管理
对所有采集的数据可任意设定存取间隙和存取方式。
◆打印报表
可按用户定义的报表格式，进行定时打印或随机打印。
◆事件打印
事件可根据时间顺序区分和管理，并可及时显示和打印。
◆监控TAG 及调试
可通过修改TAG的定义，可随时修改每个观测点的有效状态、报警管理、历史数据、死区及与PLC 的通讯参数等。也可通过修改实时数据库的TAG 值，来执行调试操作。
◆系统具有完善的操作指导帮助画面。
2.5 CRT控制功能及控制画面的设置
水控制系统的监控画面的设置我们力求操作简洁实用，显示清晰，切换方便、迅速。根据以上原则，共设置一个主画面，及若干分画面。他们分别为：系统主画面，各设备分画面，模拟操作台画面；以及报警窗、实时数据趋势、历史数据趋势、报表生成及打印等画面，另外在画面顶部设有各画面切换按扭，再当前显示的任何换面中，可方便迅速的切至另一画面。
主画面显示整个水处理系统（包括各个阀门）运行状态，只能显示，不能在此画面上操作阀门等设备。各个分画面主色调为黑白色立体模拟图，以利于运行人员长期监视而使眼睛疲劳。但阀门及设备的运行仍然为红绿色醒目显示，提示运行人员不致搞错。在各个分画面上点击阀门符号，可弹出阀门手动操作按扭，并且还有运行、再生步序指示灯及控制按扭。模拟操作台画面为弹出式，操作完后只要点击画面它即可隐藏。
各个设备皆设程控、成组、手动、解列四种控制方式，另外还有运行、再生（清洗）、失效、备用四种运行状态，另外对于再生状态，还增设了选步、转程控和故障忽略等功能。下面就各按扭的功能分别作出说明：
程控：在CRT操作员站上，经PLC对设备进行控制。系统按照控制程序和系统工况条件，自动顺序完成全套工序。
成组：该操作只针对再生而设，并设步序控制按扭：选步、启动、停选、步延、解除、转程控等。将操作方式选为“成组”，再按“清洗”按钮，此时可分别执行其中的某一步，即通过按钮选中其中的任一步，其标志灯闪动，表示该步被选中，然后按“启动”按钮，其标志灯停止闪动，变为红色平（不闪）光，表示该步已开始执行，步序计时器开始计时，若达到设定，本步开启的阀门将关闭，标志自动跳向下一步，即下一步序的标志灯将闪动，若想执行之，则按“启动”按钮，继续执行；若想执行其它各步序，则按“停选”按钮，可选其它步序。各项的操作功能如下：
1.选步：选中要执行的某一步；
2.启动：启动所选中的操作步序；
3.停选：停止所选中的操作步序；
4.步延：使正在进行的步序延长一段执行时间。在启动功能有效时才有效，步延时间的长短由操作人员根据实际工况确定。
5.解除：结束步延，恢复控制程序的运行；
6.转程控：本次工程还特别设计了“转程控”功能，即控制方式选为“成组”，然后选中其中任一步序，其标志闪动，然后按“转程控”按钮，再按“启动”按钮，这时程序将按照“程控”方式，从被选中的步序开始，顺序执行，直到“停床备用”。
手动：该功能指CRT软手操。在CRT操作员站上通过键盘或鼠标可以对电磁阀、泵、风机进行一对一的控制操作，使其处于开或关的状态。此操作是通过PLC控制的，加入了运行中相关的条件和连锁，提高了操作的安全性。
就地操作优先于CRT软手操
3. PLC系统
3.1本控制系统可PLC选用施耐德公司、AB公司、西门子、GE公司、欧姆龙等公司系列标准型号的PLC。其中施耐德公司的Quantum系列模块可带电插拔），简化维护，增加系统的可靠性，而且，其坚固的结构，保证即使在最恶劣的现场环境下也能可靠地工作。控制主机控制水处理系统的设备启、停及现场信信息采集与处理，并通过Modbus plus网或基于TCP/IP协议的以太网同上位监控系统相联， MODBUS PIUS网的通讯速率可达1M波特率，TCP/IP协议的以太网通讯速率可达10M波特率能快速存取过程数据。PLC的CPU与I/O模块之间采用远程I/0通讯方式；通讯介质为专用电缆或，具有很强的抗强电磁干扰能力，通讯速率可达1.544M波特率，不加中继器的最远传输距离为 15000ft（4573m）。且为提高PLC的CPU与I/O模块之间通讯的可靠性，也可采用双工冗余的通讯方式。双工冗余通讯就是有两根电缆同时传送数据，使用中只采用第一根电缆的数据，但对两根电缆的通讯数据作检验，从而可保证准确度。而且采用双缆通讯可对电缆断裂和连接器损坏等情况提供附加保护，在一条通讯线路损坏时，不会造成通讯中断，从而提高了通讯的可靠性。
此外，为进一步提高程控系统可靠性，根据用户要求可提供CPU热备系统，，当工作CPU模块发生故障时，系统可自动切换至热备CPU，此过程不会对系统控制产生任何影响。
水处理程序控制包括电厂锅炉补给水程控装置、凝结水精处理程控装置、循环水及废水处理控制系统、自动加药控制装置等。能广泛应用于电厂、石化、自来水厂、污水处理厂等行业的水处理工程。
水程控系统由PLC系统、上位机监控系统、控制台、控制柜、电源柜等硬件及系统软件组成。系统根据工程实际可设置本地站或若干远程I/O分站。
控制系统采用PLC和上位机的两级控制结构方式，利用PLC对整个系统中的设备进行数据采集和控制，并通过上位计算机的人机接口对系统设备发出控制命令，同时系统中各设备的运行状态信息在上位机CRT上直观，动态地显示出来。上位机和PLC之间通过数据通讯接口进行通讯。PLC通过各I/O站对现场设备进行控制。
（示意图见上边链接一）
1．控制室设置操作台，用以放置CRT；还设有一个电源分配盘，用以向各电磁阀箱、就地仪表盘、液位计、流量、压力变送器以及CRT、PLC提供电源，其中CRT、PLC的电源通过一台在线式UPS供给。就地设电磁阀箱及电动门控制箱，在电磁阀箱或电动门控制箱上对每个阀门设置远控/就地转换开关和操作开关及按扭。（电磁阀是用来控制气动阀门开关的，对于气开式或气闭式衬胶隔膜阀用两位三通型电磁阀来控制；对于气动球阀和蝶阀用两位五通型电磁阀来控制；各床进出口门因为要长期工作，所以通常用双电控电磁阀来控制，其余阀门因为只有系统再生时才动作，时间较短，故通常用单电控电磁阀来控制。具体布置及各设备之间的型号流程如图上所示.其控制原理为：操作员通过CRT通过控制层网向PLC的CPU发出控制命令， PLC通过输出模块对设备进行开关、启停控制；同时各设备的输出状态及模拟量参数信息通过就地设备反送给PLC的输入模块，再由PLC通过控制层网上传至CRT，在CRT上可监视各阀门、电机及工艺设备的运行状态。且能实时进行语音报警并生成报警记录，从而使操作员在控制室内就可清楚地知道现场工艺系统运行状态及报警状态，通过上位站监控现场每一设备，不必再去观场直接对设备进行、对硬手操，减少了操作员的工作量，实现了方便可靠的控制室集中监控。
2.上位机监控系统（CRT操作员站）
2.1上位机监控系统硬件包括两台工控机主机、两台21” PHILIPS 直角平面彩色显示器、标准键盘、鼠标器、打印机、音箱。
CRT操作员站是锅炉补给水处理系统的监视控制中心。系统配备二台同功能的CRT操作员站。当一台故障时，可用另一台自动接替工作。
运行监视应具有数据采集、CRT画面显示、参数处理、超限报警、制表打印等功能。
CRT画面能显示工艺流程及测量参数，控制方式、顺序运行状态、控制对象状态，也应能显示成组参数。当参数越限报警、控制对象故障或状态变化时，应以不同颜色进行显示，并应有音响提示，键盘的操作应有触感，有声音反馈，反馈的音量大小可以调整。我方应按照工艺流程图设计CRT画面，应设有足够的幅数以保证工艺系统和控制对象的完整性及整个系统的运行和控制状况。所有被监控的信号应能打印记录。
当系统设备出现故障时，上位机的多媒体还可发出语音报警。
所供CRT站采用工业PC机，至少有32种颜色， 屏幕尺寸可根据用户要求选择，分辨率至少为1280×1024。
2.2上位监控软件可采用美国WonderWare 公司的Intouch 7.1（中文版）或美国INTELUTION公司的iFIX7.1开放式监控软件包，监控软件在基于简体中文版WINDOWS 95以上 或NT4.0 版以上版本运行。该软件包可对可编程控制器中的大量数据进行实时显示和打印，并直接参与可编程控制器的控制；本程控系统的所有控制操作、工况显示、报警信后、、操作记录、报表打印均通过该软件包在上位机上实现，对可编程控制器的扫描速度没有任何影响。该软件包具有良好的人机界面，强大的组态功能，易学易用，便于掌握。
基本功能：
●强大的图形画面显示功能。支持1600x1280分辨率，颜色大于 256色，用户可定义的动态工艺流程图＞1OO，能够使画面目标移动、整形、旋转、组合、分割、编放等等，能够利用和编辑内部的动态符号库，并且可以模拟传统仪表进行画面设计，各画面之间可任意交换有关图形。
●变量标志。用户可以对所有数据元素设置标签名，并且所有的名称在系统的应用程序中可以引用。
●动态图形。能模拟现场工艺流程，使画面处于动态显示状态，并可设置所有参数。软功能键。对功能键可设置有意义的目标，并用可对功能键编写命令语句。
●报警。报警提供时间、报警描述、报警类型、报警时现场数据及相关的工艺操作画面的高级和易于理解的信息，并能 形成报警历史库，供用户查证。
●通过清晰的交互式的画面展示实时、历史的数据，以指出操作过程的趋势及有关的问题，趋势曲线＞100条。
●此外还提供多窗口显示、数据记录和报表生成、文件批处理、用户帮助等。
★人机界面基本参数：
●对手动控制操作，从发出命令到流程图上显示时间＜1．5s
●流程图中状态更新时间<10ms
●画面切换刷新时间＜1s
★组态功能：
允许以应用软件和系统软件进行在线查询式的菜单驱动组成。并允许为系统的过程监视、数据更新、报警处理、M通讯等进行组态，显示类型包括：
●报警汇总：
显示所有存在的报警和所有返回到正常情况下但没有经过报警确认的报警情况。
?列出报警表
?报警时间
?没有确认的报警闪烁
?在报警总汇中，使用单击式进行报警确认
?工艺和工艺控制图形显示：
?工艺流程
?工艺结构
?主要设备单元
?主要控制装置
?其它需显示的图
?控制器、指示器、手动操作站
?水处理流程图
?各种设备操作视窗
? PLC模块工作状态及各I/O点状态
?流程选择画面一
★其它功能：
●支持高分辨率彩色图形显示系统，显示颜色为真彩色，具有先进的作图工具和完善的图形编辑能力
●支持功能键、鼠标器、打印机、绘图机等外部设备
●能进行实时数据和历史数据分析，可以定期存储过程数据
●具有故障报警及打印功能
●能够自动生成报表
●具有历史数据恢复及趋势图显示功能
●用户帮助指导功能
2.3监控画面均为汉化画面，其主要监控画面有：
总流程图;
分窗口流程图;
报警画面;
趋势图;
帮助指导画面;
控制画面;
工程师参数修改画面;
故障诊断画面;
各工艺参数变量动态显示画面;
自由格式报告;
历史数据采集及显示、趋势等各种监视画面;
画面刷新时间小于1秒。
2.4 安全功能
为避免两台上位机同时给PLC系统发操作指令，系统有设置优先级功能，正常情况下，一台用于监控，一台用于管理，当监控机出现故障后，系统会自动识别并发出语言报警，与此同时，另一台机即被授权为监控机。系统对一些重要参数和画面，还设有区别操作员和维护员的进入口令。
◆历史数据管理
对所有采集的数据可任意设定存取间隙和存取方式。
◆打印报表
可按用户定义的报表格式，进行定时打印或随机打印。
◆事件打印
事件可根据时间顺序区分和管理，并可及时显示和打印。
◆监控TAG 及调试
可通过修改TAG的定义，可随时修改每个观测点的有效状态、报警管理、历史数据、死区及与PLC 的通讯参数等。也可通过修改实时数据库的TAG 值，来执行调试操作。
◆系统具有完善的操作指导帮助画面。
2.5 CRT控制功能及控制画面的设置
水控制系统的监控画面的设置我们力求操作简洁实用，显示清晰，切换方便、迅速。根据以上原则，共设置一个主画面，及若干分画面。他们分别为：系统主画面，各设备分画面，模拟操作台画面；以及报警窗、实时数据趋势、历史数据趋势、报表生成及打印等画面，另外在画面顶部设有各画面切换按扭，再当前显示的任何换面中，可方便迅速的切至另一画面。
主画面显示整个水处理系统（包括各个阀门）运行状态，只能显示，不能在此画面上操作阀门等设备。各个分画面主色调为黑白色立体模拟图，以利于运行人员长期监视而使眼睛疲劳。但阀门及设备的运行仍然为红绿色醒目显示，提示运行人员不致搞错。在各个分画面上点击阀门符号，可弹出阀门手动操作按扭，并且还有运行、再生步序指示灯及控制按扭。模拟操作台画面为弹出式，操作完后只要点击画面它即可隐藏。
各个设备皆设程控、成组、手动、解列四种控制方式，另外还有运行、再生（清洗）、失效、备用四种运行状态，另外对于再生状态，还增设了选步、转程控和故障忽略等功能。下面就各按扭的功能分别作出说明：
程控：在CRT操作员站上，经PLC对设备进行控制。系统按照控制程序和系统工况条件，自动顺序完成全套工序。
成组：该操作只针对再生而设，并设步序控制按扭：选步、启动、停选、步延、解除、转程控等。将操作方式选为“成组”，再按“清洗”按钮，此时可分别执行其中的某一步，即通过按钮选中其中的任一步，其标志灯闪动，表示该步被选中，然后按“启动”按钮，其标志灯停止闪动，变为红色平（不闪）光，表示该步已开始执行，步序计时器开始计时，若达到设定，本步开启的阀门将关闭，标志自动跳向下一步，即下一步序的标志灯将闪动，若想执行之，则按“启动”按钮，继续执行；若想执行其它各步序，则按“停选”按钮，可选其它步序。各项的操作功能如下：
1.选步：选中要执行的某一步；
2.启动：启动所选中的操作步序；
3.停选：停止所选中的操作步序；
4.步延：使正在进行的步序延长一段执行时间。在启动功能有效时才有效，步延时间的长短由操作人员根据实际工况确定。
5.解除：结束步延，恢复控制程序的运行；
6.转程控：本次工程还特别设计了“转程控”功能，即控制方式选为“成组”，然后选中其中任一步序，其标志闪动，然后按“转程控”按钮，再按“启动”按钮，这时程序将按照“程控”方式，从被选中的步序开始，顺序执行，直到“停床备用”。
手动：该功能指CRT软手操。在CRT操作员站上通过键盘或鼠标可以对电磁阀、泵、风机进行一对一的控制操作，使其处于开或关的状态。此操作是通过PLC控制的，加入了运行中相关的条件和连锁，提高了操作的安全性。
就地操作优先于CRT软手操
3. PLC系统
3.1本控制系统可PLC选用施耐德公司、AB公司、西门子、GE公司、欧姆龙等公司系列标准型号的PLC。其中施耐德公司的Quantum系列模块可带电插拔），简化维护，增加系统的可靠性，而且，其坚固的结构，保证即使在最恶劣的现场环境下也能可靠地工作。控制主机控制水处理系统的设备启、停及现场信信息采集与处理，并通过Modbus plus网或基于TCP/IP协议的以太网同上位监控系统相联， MODBUS PIUS网的通讯速率可达1M波特率，TCP/IP协议的以太网通讯速率可达10M波特率能快速存取过程数据。PLC的CPU与I/O模块之间采用远程I/0通讯方式；通讯介质为专用电缆或，具有很强的抗强电磁干扰能力，通讯速率可达1.544M波特率，不加中继器的最远传输距离为 15000ft（4573m）。且为提高PLC的CPU与I/O模块之间通讯的可靠性，也可采用双工冗余的通讯方式。双工冗余通讯就是有两根电缆同时传送数据，使用中只采用第一根电缆的数据，但对两根电缆的通讯数据作检验，从而可保证准确度。而且采用双缆通讯可对电缆断裂和连接器损坏等情况提供附加保护，在一条通讯线路损坏时，不会造成通讯中断，从而提高了通讯的可靠性。
此外，为进一步提高程控系统可靠性，根据用户要求可提供CPU热备系统，，当工作CPU模块发生故障时，系统可自动切换至热备CPU，此过程不会对系统控制产生任何影响。
